Hvorfor kan elektronerne bevæge sig fra N-laget til P-laget ?

For at svare på det må vi først se på atomerne i N og P lagene. Begge lag består af Silicium atomer (Si), som er grundstof nummer 14 i det periodiske system. Si står i hovedgruppe IV, sammen med bl.a. kulstof (C). Kulstof har altså samme egenskaber som Si, egenskaber som gør solcellen mulig.

Si ser sådan ud:

      Si har altså 4 elektroner i yderste skal.

Hvis mange Si atomer binder sig sammen, får man et Silicium-krystal, som ser sådan ud:

Vi ser at Silicium atomerne herved får 8 elektroner i yderste skal.

8 elektroner i yderste skal betyder at oktetreglen er opfyldt og Silicium kommer til at ligne ædelgassen Argon (Ar). Silicium er derfor stabil og vil ikke give slip på sine elektroner. Hvis N-laget var lavet af rent Silicium ville elektronerne ikke rive sig løs og bevæge sig til P-laget.

Hvad er det så der får elektronerne til at bevæge sig ?

Hemmeligheden er, at N-laget ikke er lavet af rent Silicium. Der er blandet Arsen (As) atomer i. Arsen er grundstof nr. 33 og står i hovedgruppe V. Den har 5 elektroner i yderste skal og vil derfor binde sig sådan til Silicium atomerne:

N-laget får derfor 9 elektroner i yderste skal omkring As atomerne.

9 elektroner betyder at oktetreglen ikke er opfyldt og de vil meget gerne afgive en elektron for at få 8 elektroner i yderste skal.

Samtidig sørger man for at der er blandet Aluminium (Al) og Silicium sammen i P-laget. Aluminium er grundstof nr. 13 og står i hovedgruppe 3. Det har altså 3 elektroner i yderste skal og vil binde sig til Silicium atomerne sådan:

P-laget får derfor kun 7 elektroner i yderste skal omkring Al atomerne.

7 elektroner i yderste skal er ikke nok til at opfylde oktetreglen. Aluminium atomerne vil derfor gerne modtage en elektron.

Nu kan vi se at elektronerne gerne vil springe fra N-laget til P-laget. Vi skal huske at både N og P laget er neutrale før elektronerne flytter sig. Det er fordi antallet af Protoner og elektroner er det samme i alle atomerne. Når elektronerne, som er minus(--), flytter sig fra N til P laget vil N laget få underskud af elektroner i forhold til protoner og derfor blive +. P laget vil derimod få overskud af elektroner i forhold til protoner og derfor blive -- .

Solcellen ser derfor sådan ud:

Mens elektronerne bevæger sig fra N-laget til P-laget vil solcellen ikke give strøm, man kalder det for solcellens mørke-tilstand (på engelsk black-state). Her bygges + og -- polerne op.

Når solcellen har fået opbygget en spændingsforskel mellem + og -- bevirker sollyset, at solcellen aflader ved at elektronerne løber fra -- tilbage til +. Men denne gang løber elektronerne gennem ledningen.

Herefter kan det hele starte forfra....

Vigtige spørgsmål:

Kommer der jævnstrøm eller vekselstrøm fra solcellen ?

Hvordan ser grafen for strømmen ud ?

Gå nu tilbage til animationen og forstå den !